WO2004008816A2 - Procede et dispositif pour la gravure de substrat par plasma inductif a tres forte puissance - Google Patents
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- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
Definitions
- the present invention relates to methods and devices for the etching of substrates, for example in reactors used for the implementation of micromachining or etching processes of a silicon substrate.
- the etching gas or gases are introduced such as a fluorinated gas such as SF 6 at a pre-established flow rate;
- a pumping group and a pressure control system an appropriate pressure is established in the reaction chamber, and this pressure is maintained;
- the gas is excited in the reaction chamber by an electromagnetic excitation wave, to generate a plasma; simultaneously, the substrate is polarized on the sample holder to accelerate the ions which bombard the surface of the substrate during etching.
- the power of the electromagnetic excitation wave allows to ionize and dissociate the molecules of halogen gas such as SF 6 , to generate fluorine atoms. These fluorine atoms arriving on the surface of the silicon substrate will react with it to form a gaseous molecule according to the reaction:
- Si (s) + 4F (g) ⁇ SiF4 (g) Etching thus consists of taking silicon atoms from the substrate, which are transformed by the reaction into a gas SiF 4 which the pumping means eliminate outside the reaction chamber.
- the etching speed of the silicon is directly proportional to the atomic fluorine pressure, therefore to the dissociation rate of the halogen gas molecules such as SF 6 .
- ICP Inductively Coupled Plasma
- ICP-type plasma sources all consist of two main elements:
- An antenna made of an electrically conductive material such as copper, which surrounds or surmounts the sealed wall in dielectric; this antenna is connected at one end to the electrical ground of the equipment and at its other end to a radiofrequency power generator via an automatic impedance adapter.
- the sealed wall of dielectric material is connected to the rest of the wall of the reaction chamber, generally made of metal, by seals generally made of materials of the polymer type. These materials have maximum temperatures of use not exceeding 150 ° C in continuous use. For this, the reaction chamber wall area close to the seals is cooled.
- the quality of the etching depends on the setting to a precise value at all times of all the etching parameters, in particular the pressure of the etching gas, but also of the power of the excitation electromagnetic wave transmitted to the gas to generate the plasma.
- the sequence of the engraving sequences is carried out in a time interval of the order of a few milliseconds. Consequently, at the level of the plasma source, we are in a situation where we must produce an almost instantaneous inductive coupling of the nominal radiofrequency power to the plasma through the sealed wall of dielectric material.
- the object of the present invention is to avoid the drawbacks of known structures and methods for etching a substrate by inductive plasma, by allowing the coupling of radiofrequency powers of up to 5,000 Watts through a dielectric material such as alumina.
- the invention aims to maintain good etching quality, avoiding the use of etching steps in which the parameters are not maintained at their precise nominal values.
- the idea underlying the invention is to reduce the thermal shock of the dielectric material forming the plasma source, by gradually coupling the power of the wave. electromagnetic excitation. We will thus make a ramp up, the slope of this ramp being low enough not to create a destructive thermal shock.
- the only role of neutral gas is to generate a plasma which, under the effect of the progressive increase in power, will gradually heat the dielectric material and thus bring it to its working temperature corresponding to the maximum power used during l reactive gas plasma etching step.
- the invention provides a method of etching a substrate with an inductive plasma, in which the substrate is placed in a reaction chamber, an atmosphere is established in the reaction chamber.
- this method comprises a prior step of progressive establishment of power of the electromagnetic wave of plasma excitation, during which a neutral gas for the substrate is injected into the reaction chamber and the electromagnetic wave power excitation of the plasma until reaching the appropriate nominal power, forming a neutral gas plasma which gradually heats the sealed wall of dielectric material, then the active gas is injected into the reaction chamber to replace the neutral gas and undertake the steps active etching by the active gas plasma.
- the gradual increase in plasma excitation power is programmed so as to limit the thermal shock applied to the sealed wall of dielectric material by the neutral gas plasma below a destructive threshold.
- the preliminary step of progressive establishment of plasma excitation power is undertaken only at the start of operation of the reaction chamber after a period of inactivity, and is followed by an alternation of steps active etching during which the temperature of the sealed wall of dielectric material remains within a sufficiently narrow range of values to avoid any destructive thermal shock of the sealed wall of dielectric material.
- the active etching steps can comprise a succession of etching steps with a fluorinated gas such as SF 6 and passivation steps with a passivation gas such as CxFy.
- the invention also provides a device for etching substrates by inductive plasma implementing a method as defined above, comprising a reaction chamber surrounded by a sealed wall, the reaction chamber containing substrate support means and being in communication with an inductively coupled plasma source with a sealed wall of dielectric material and with an inductive coupling antenna supplied by a radiofrequency generator, the reaction chamber being connected by a vacuum line to pumping means for establishing and maintaining a suitable vacuum in the reaction chamber, the reaction chamber being connected by an inlet line to a source of process gas;
- the source of process gas comprises a source of neutral gas, at least one source of active gas, and distribution means controlled by control means for introducing the appropriate gas into the reaction chamber
- the radiofrequency generator comprises means for adjusting the radiofrequency power controlled by the control means
- control means comprise a control program with a prior sequence of power establishment, in which: a) the control means control the distribution means for introducing a neutral gas into the reaction chamber, b) the means for control control the radiofrequency power adjustment means of the radiofrequency generator so as to produce radiofrequency energy which increases progressively until reaching the nominal power, c) then the control means control the distribution means to replace in the reaction chamber the neutral gas by an active gas.
- FIG. 1 is a schematic view illustrating the general structure of an etching device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 schematically illustrates the time diagrams of operation of the main organs of the device of Figure 1, diagram a) illustrating the variation of plasma excitation power, diagram b) illustrating the supply of the reaction chamber in neutral gas, diagram c) illustrating the supply of etching gas to the plasma chamber, diagram d) illustrating the supply of passivation gas to the plasma chamber, and diagram e) illustrating the polarization curve of the substrate to be etched.
- the reaction chamber 1 contains substrate support means 3, suitable to receive and maintain a substrate 16 to be etched.
- the reaction chamber 1 is in communication with a plasma source 4 with inductive coupling, consisting of a sealed wall 5 made of a dielectric material associated with an inductive coupling antenna 6 supplied by a radiofrequency generator 7 via a impedance adapter 7a.
- the reaction chamber 1 is connected by a vacuum line 8 to pumping means 9 to establish and maintain an appropriate vacuum in the reaction chamber 1.
- the reaction chamber 1 is connected by an input line 10 to a source process gas 11.
- the sealed wall 2 of the reaction chamber comprises a peripheral portion 2a which is connected to a front inlet portion 2b which is itself open to communicate with an inlet tube constituting the plasma source 4.
- This plasma source 4 in the illustrated embodiment, consists of a sealed wall 5 of dielectric material, of tubular shape, and the inductive coupling antenna 6 is a coaxial turn of electrically conductive material arranged around the wall. tubular, and connected on the one hand to earth 6a of the device and on the other hand to the output of the impedance adapter 7a.
- the inductive coupling antenna 6 is arranged around the central part of the sealed tubular wall 5 made of dielectric material, itself made of alumina Al 2 0 3 .
- a seal 2c is provided for the connection between the tubular sealed wall 5 of dielectric material and the front inlet portion 2b of the reaction chamber 1, which portion 2b is generally made of metal. Furthermore, cooling means 2d are provided making it possible to cool the front inlet portion 2b and the seal 2c.
- the substrate 16, held on the substrate support means 3, is polarized by a polarization generator 15, in a known manner.
- the source of process gas 11 comprises a source of neutral gas 11a, and at least one source of active gas.
- a first source of active gas 11b containing a gas is provided.
- fluorinated such as SF 6
- a second source of bound active gas containing a passivation gas such as CF 8 .
- Distribution means make it possible to control the introduction of a suitable gas into the reaction chamber 1.
- the distribution means comprise solenoid valves 12a, 12b and 12c each connected in series between an outlet of a corresponding gas source 11a, 11b and 11e and an inlet 14 in the plasma source 4.
- the radiofrequency generator 7 comprises means for adjusting the radiofrequency power, which can be controlled by control means 13. Likewise, the distribution means 12a, 12b and 12c can be controlled by control means 13.
- Control means 13 are provided, for example a microcontroller and input / output members, associated with a control program, suitable for controlling the distribution means with solenoid valves 12a-12c and the radiofrequency generator 7.
- the control means 13 comprise a control program 13a with a prior power establishment sequence, in which: a) the control means 13 control the distribution means, by opening the neutral gas solenoid valve 12a, to introduce a neutral gas such as nitrogen N 2 or argon in the reaction chamber 1, b) the control means 13 control the radiofrequency power adjustment means of the radiofrequency generator 7 so as to produce radiofrequency energy which increases progressively until reaching the nominal power PN, so as to produce a plasma 24 in the plasma source 4 for gradually heating the sealed wall 5 made of dielectric material from the plasma source, c) then, after sufficient heating of the sealed wall 5 , the control means 13 control the distribution means to close the neutral gas solenoid valve 12a and open an active gas solenoid valve 12b or 12c.
- a neutral gas such as nitrogen N 2 or argon
- the etching gas solenoid valve 12b or the passivation gas solenoid valve 12c is sequentially opened to introduce the gases. active in the reaction chamber 1, and the control means 13 simultaneously control the radiofrequency power adjustment means of the radiofrequency generator 7 so as to produce the plasma 24 suitable for the etching and passivation steps.
- FIG. 2 illustrates the steps of an etching method according to an embodiment of the invention.
- the diagram b) indicates the presence of nitrogen during a first step up to time B.
- the pumping means 9 establish and maintain an appropriate pressure inside the reaction chamber 1, pressure chosen for the correct establishment of a plasma 24.
- the substrate 16 is prevented from polarizing, as illustrated in diagram e) of FIG. 2: the polarization voltage V is absent during the step between the instants A and B.
- the plasma excitation power is gradually established, as indicated in diagram a) of FIG.
- the introduction of neutral gas such as nitrogen or argon is interrupted, as represented by example diagram b) which shows the end of the presence of nitrogen from instant B.
- a halogenated etching gas such as SFe, and its presence is maintained during a step BC of appropriate duration depending on the desired etching process.
- the substrate is biased by a voltage V as illustrated in diagram e), possibly establishing * the bias voltage with an appropriate delay relative to the establishment of the presence of the etching gas SF 6 .
- the preliminary step of progressive establishment of plasma excitation power is undertaken only at the start of operation of the reaction chamber 1 after a period of inactivity, and it is followed by the active etching steps, for example d '' an alternation of etching steps and passivation steps, during which the temperature of the sealed wall 5 made of dielectric material remains within a sufficiently narrow range of values to avoid any destructive thermal shock of the sealed wall 5 made of dielectric material .
- the slope of the increase in power illustrated in diagram a) is chosen sufficiently low to avoid any risk of destruction. of the sealed wall 5 made of dielectric material by the neutral gas plasma.
- a neutral gas such as nitrogen N 2 or argon
- the plasma 24 of neutral gas acts on the substrate 16 to be etched, so that a good quality of engraving.
- the polarization of the substrate 16 is also avoided, to avoid bombardment of plasma on the substrate 16.
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Abstract
Selon l'invention, on effectue la gravure dans une chambre de réaction (1) en faisant agir sur un substrat (16) polarisé par un générateur de polarisation (15) un plasma généré par une source de plasma (4) contenue dans une paroi étanche (5) en matériau diélectrique entourée d'une antenne de couplage inductif (6) alimentée par un générateur radiofréquence (7). Des moyens de commande (13) pilotent des électrovannes (12a, 12b, 12c) et le générateur radiofréquence (7), de façon à produire une étape préalable d'établissement progressif de puissance d'excitation de plasma, étape au cours de laquelle on injecte dans la chambre de réaction (1) un gaz neutre tel que l'argon ou l'azote, et on établit progressivement la puissance délivrée par le générateur radiofréquence (7) jusqu'à atteindre une puissance nominale. On évite ainsi les chocs thermiques susceptibles de détruire la paroi étanche (5) en matériau diélectrique, permettant l'utilisation de puissances d'excitation de plasma supérieures à 3 000 Watts.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA GRAVURE DE SUBSTRAT PAR PLASMA INDUCTIF A TRES FORTE PUISSANCE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne les procédés et dispositifs pour la gravure de substrats, par exemple dans les réacteurs utilisés pour la mise en œuvre de procédés de micro-usinage ou de gravure d'un substrat en silicium.
Lorsqu'on réalise une gravure d'un substrat de silicium dans un réacteur plasma, les séquences sont les suivantes :
- après avoir introduit et positionné le substrat sur un porte- échantillon contenu dans une chambre de réaction, on introduit le ou les gaz de gravure tel qu'un gaz fluoré comme le SF6 à un débit pré-établi ; - par un groupe de pompage et un système d'asservissement de pression, on établit dans la chambre de réaction une pression appropriée, et on maintient cette pression ;
- après que la pression se soit stabilisée, on excite le gaz dans la chambre de réaction par une onde électromagnétique d'excitation, pour générer un plasma ; simultanément, on polarise le substrat sur le porte-échantillon pour accélérer les ions qui viennent bombarder la surface du substrat en cours de gravure.
Dans les applications de micro-usinage, on cherche à graver le silicium le plus vite possible. Parmi les paramètres accessibles pour contrôler la vitesse de gravure, les paramètres les plus influents sont :
- la pression partielle des atomes de gaz halogène comme le SF6,
- la puissance de l'onde électromagnétique d'excitation des gaz.
La puissance de l'onde électromagnétique d'excitation permet de ioniser et dissocier les molécules de gaz halogène tel que le SF6, pour générer des atomes de fluor. Ces atomes de fluor arrivant sur la surface du substrat de silicium vont réagir avec celui-ci pour former une molécule gazeuse suivant la réaction :
Si (s) + 4F(g) → SiF4(g) La gravure consiste ainsi à prélever sur le substrat des atomes de silicium, qui sont transformés par la réaction en un gaz
SiF4 que les moyens de pompage éliminent hors de la chambre de réaction.
On comprend donc que la vitesse de gravure du silicium est directement proportionnelle à la pression de fluor atomique, donc au taux de dissociation des molécules de gaz halogène tel que le SF6.
Parmi les différents types de source plasma, on connaît la source RIE (Reactive Ion Etching) , ECR (Electron Cyclotron Resonnance) et ICP (Inductively Coupled Plasma) . Ce sont ces dernières sources ICP, ou sources de plasma par couplage inductif, qui présentent le plus fort taux de dissociation dans les régimes de haute pression, permettant à la fois un fort taux de dissociation et une grande pression partielle d'atomes de gaz halogène tel que le SF6 dans la chambre de réaction. On est donc naturellement conduit à utiliser une source
ICP pour augmenter la vitesse de gravure du silicium.
Les sources plasma de type ICP sont toutes constituées de deux éléments principaux :
- une paroi étanche en matériau diélectrique, qui ferme de façon étanche la chambre de réaction,
- une antenne réalisée dans un matériau conducteur de l'électricité tel que le cuivre, qui entoure ou surmonte la paroi étanche en diélectrique ; cette antenne est reliée à l'une de ses extrémités à la masse électrique de l'équipement et à son autre extrémité à un générateur de puissance radiofréquence via un adaptateur automatique d'impédance.
La paroi étanche en matériau diélectrique se raccorde au reste de la paroi de la chambre de réaction, généralement en métal, par des joints d'étanchéité généralement réalisés dans des matériaux de type polymère. Ces matériaux ont des températures maximales d'utilisation n'excédant pas 150 °C en utilisation continue. Pour cela, on refroidit la zone de paroi de chambre de réaction proche' des joints d'étanchéité.
Au cours d'un procédé de gravure d'un substrat tel que le silicium, la qualité de la gravure dépend du réglage à une valeur précise à chaque instant de tous les paramètres de gravure, notamment de la pression de gaz de gravure, mais aussi de 'la
puissance de l'onde électromagnétique d'excitation transmise au gaz pour générer le plasma. L'enchaînement des séquences de gravure s'effectue dans un intervalle de temps de l'ordre de quelques millisecondes . Par conséquent, au niveau de la source de plasma, on se trouve dans une situation où l'on doit produire un couplage inductif quasi instantané de la puissance radiofréquence nominale au plasma à travers la paroi étanche en matériau diélectrique.
Jusqu'à présent, on a pu réaliser des couplages inductifs quasi instantanés de puissances d'onde électromagnétique d'excitation de l'ordre de 2 000 Watts, en utilisant des parois étanc es de matériaux diélectriques qui résistent aux élévations de température. On a utilisé avec succès l'alumine Al03.
Cependant, un tel matériau ne permet pas de réaliser un couplage inductif quasi instantané d'une puissance d'onde électromagnétique d'excitation supérieure à un maximum de l'ordre de 3 000 Watts, à défaut de quoi on assiste à une destruction quasi instantanée de la source de plasma : la paroi étanche en matériau diélectrique se fissure, occasionnant la remise à pression atmosphérique du réacteur de gravure, et pouvant produire l'implosion de l'ensemble et donc sa destruction.
Ainsi, à ce jour, il n'y a pas de solution permettant de coupler de très fortes puissances, de manière quasi instantanée, au travers d'un matériau diélectrique tel que l'alumine. EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients des structures et procédés connus de gravure de substrat par plasma inductif, en autorisant le couplage de puissances radiofréquentes pouvant aller jusqu'à 5 000 Watts au travers d'un matériau diélectrique tel que l'alumine.
Simultanément, l'invention vise à conserver une bonne qualité de gravure, évitant l'utilisation d'étapes de gravure dans lesquelles les paramètres ne sont pas maintenus à leurs valeurs nominales précises. L'idée qui est à la base de l'invention est de réduire le choc thermique du matériau diélectrique formant la source de plasma, en couplant de façon graduelle la puissance de l'onde
électromagnétique d'excitation. On va ainsi faire une rampe de montée en puissance, la pente de cette rampe étant suffisamment faible pour ne pas créer un choc thermique destructeur.
Mais comme les performances et la qualité de la gravure dépendent de la valeur des paramètres machine comme la puissance radiofréquence, il n'est pas envisageable d'amorcer le plasma de gravure et ensuite de faire une montée en puissance progressive alors que le substrat est positionné sur le porte-échantillon polarisé : on aurait en effet pendant toute la phase de montée en puissance des conditions de plasma éminemment variables et néfastes pour l'obtention des performances de gravure optimales.
Selon l'invention, on fait une montée en puissance progressive mais en présence d'un gaz neutre tel que l'azote ou l'argon, de telle sorte qu'il n'y ait pas de réaction entre ce gaz et l'échantillon de silicium.
Le gaz neutre a pour seul rôle de permettre de générer un plasma qui va, sous l'effet de la montée progressive en puissance, chauffer progressivement le matériau diélectrique et l'amener ainsi à sa température de travail correspondant à la puissance maximale utilisée pendant l'étape de gravure par plasma de gaz réactif.
Après cette étape de mise en température du matériau diélectrique par plasma de gaz neutre, on peut arrêter l'injection de ce gaz neutre et basculer instantanément en gaz réactif halogène comme le SF6 pour effectuer la gravure proprement dite. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention prévoit un procédé de gravure d'un substrat par un plasma inductif, dans lequel on place le substrat dans une chambre de réaction, on établit dans la chambre de réaction une atmosphère d'un gaz approprié à pression de fonctionnement appropriée, on polarise le substrat, et on excite le gaz dans la chambre de réaction par une onde électromagnétique d'excitation à radiofréquence traversant une paroi étanche en matériau diélectrique pour générer un plasma ; selon l'invention, ce procédé comprend une étape préalable d'établissement progressif de puissance de l'onde électromagnétique d'excitation de plasma, au cours de laquelle on injecte dans la chambre de réaction un gaz neutre pour le substrat et on augmente progressivement la puissance de l'onde électromagnétique
d'excitation du plasma jusqu'à atteindre la puissance nominale appropriée, formant un plasma de gaz neutre qui échauffe progressivement la paroi étanche en matériau diélectrique, puis on injecte le gaz actif dans la chambre de réaction pour remplacer le gaz neutre et entreprendre les étapes actives de gravure par le plasma de gaz actif.
De préférence, l'augmentation progressive de puissance d'excitation du plasma est programmée de façon à limiter en-deçà d'un seuil destructeur le choc thermique appliqué à la paroi étanche en matériau diélectrique par le plasma de gaz neutre.
Lorsque cela est possible, l'étape préalable d'établissement progressif de puissance d'excitation de plasma est entreprise seulement en début de fonctionnement de la chambre de réaction après une période d'inactivité, et elle est suivie d'une alternance d'étapes actives de gravure au cours desquelles la température de la paroi étanche en matériau diélectrique reste dans une plage de valeurs suffisamment étroite pour éviter tout choc thermique destructeur de la paroi étanche en matériau diélectrique.
Les étapes actives de gravure peuvent comprendre une succession d'étapes de gravure par un gaz fluoré tel que le SF6 et d'étapes de passivation par un gaz de passivation tel que CxFy.
L'invention prévoit également un dispositif pour la gravure de substrats par plasma inductif mettant en œuvre un procédé tel que défini ci-dessus, comprenant une chambre de réaction entourée d'une paroi étanche, la chambre de réaction contenant des moyens supports de substrat et étant en communication avec une source de plasma à couplage inductif à paroi étanche en matériau diélectrique et à antenne de couplage inductif alimentée par un générateur radiofréquence, la chambre de réaction étant raccordée par une ligne de vide à des moyens de pompage pour établir et maintenir un vide approprié dans la chambre de réaction, la chambre de réaction étant raccordée par une ligne d'entrée à une source de gaz de procédé ; selon l'invention : - la source de gaz de procédé comprend une source de gaz neutre, au moins une source de gaz actif, et des moyens de distribution pilotés par des moyens de commande pour introduire le gaz approprié dans la chambre de réaction,
- le générateur radiofréquence comprend des moyens de réglage de puissance de radiofréquence pilotés par les moyens de commande,
- les moyens de commande comprennent un programme de commande avec une séquence préalable d'établissement de puissance, dans laquelle : a) les moyens de commande pilotent les moyens de distribution pour introduire un gaz neutre dans la chambre de réaction, b) les moyens de commande pilotent les moyens de réglage de puissance radiofréquence du générateur radiofréquence de façon à produire une énergie radiofréquence qui croît progressivement jusqu'à atteindre la puissance nominale, c) puis les moyens de commande pilotent les moyens de distribution pour remplacer dans la chambre de réaction le gaz neutre par un gaz actif.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
- la figure 1 est une vue schématique illustrant la structure générale d'un dispositif de gravure selon un mode de réalisation de la présente invention ; et
- la figure 2 illustre schématiquement les diagrammes temporels de fonctionnement des principaux organes du dispositif de la figure 1, le diagramme a) illustrant la variation de puissance d'excitation de plasma, le diagramme b) illustrant l'alimentation de la chambre de réaction en gaz neutre, le diagramme c) illustrant l'alimentation de la chambre de plasma en gaz de gravure, le diagramme d) illustrant l'alimentation de la chambre de plasma en gaz de passivation, et le diagramme e) illustrant la courbe de polarisation du substrat à graver.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES On se référera tout d'abord au dispositif illustré sur la figure 1. On distingue une chambre de réaction 1 entourée d'une paroi étanche 2. La chambre de réaction 1 contient des moyens supports de substrat 3, adaptés pour recevoir et maintenir un
substrat 16 à graver. La chambre de réaction 1 est en communication avec une source de plasma 4 à couplage inductif, constituée d'une paroi étanche 5 en un matériau diélectrique associée à une antenne de couplage inductif 6 alimentée par un générateur radiofréquence 7 par l'intermédiaire d'un adaptateur d'impédance 7a.
La chambre de réaction 1 est raccordée par une ligne de vide 8 à des moyens de pompage 9 pour établir et maintenir un vide approprié dans la chambre de réaction 1. La chambre de réaction 1 est raccordée par une ligne d'entrée 10 à une source de gaz de procédé 11.
Dans le mode de réalisation illustré, la paroi étanche 2 de chambre de réaction comprend une portion périphérique 2a qui se raccorde à une portion frontale d'entrée 2b elle-même ouverte pour communiquer avec un tube d'entrée constituant la source de plasma 4.
Cette source de plasma 4, dans le mode de réalisation illustré, est constituée d'une paroi étanche 5 en matériau diélectrique, de forme tubulaire, et l'antenne de couplage inductif 6 est une spire coaxiale en matériau électriquement conducteur disposée autour de la paroi tubulaire, et raccordée d'une part à la masse 6a de l'appareil et d'autre part à la sortie de l'adaptateur d'impédance 7a.
L'antenne de couplage inductif 6 est disposée autour de la partie centrale de la paroi étanche tubulaire 5 en matériau diélectrique, elle-même constituée en alumine Al203.
Pour le raccordement entre la paroi étanche tubulaire 5 en matériau diélectrique et la portion frontale d'entrée 2b de chambre de réaction 1, laquelle portion 2b est généralement réalisée en métal, on prévoit un joint d'étanchéité 2c. Par ailleurs, on prévoit des moyens de refroidissement 2d permettant de refroidir la portion frontale d'entrée 2b et le joint d'étanchéité 2c.
Le substrat 16, maintenu sur les moyens supports de substrat 3, est polarisé par un générateur de polarisation 15, de façon connue. La source de gaz de procédé 11 comprend une source de gaz neutre lia, et au moins une source de gaz actif. Par exemple, on prévoit une première source de gaz actif 11b contenant un gaz
fluoré tel que le SF6, pour la gravure, et une seconde source de gaz actif lie contenant un gaz de passivation tel que le CF8.
Des moyens de distribution permettent de piloter l'introduction d'un gaz approprié dans la chambre de réaction 1. Les moyens de distribution comprennent des électrovannes 12a, 12b et 12c raccordées chacune en série entre une sortie d'une source de gaz correspondante lia, 11b et lie et une entrée 14 dans la source de plasma 4.
Le générateur radiofréquence 7 comprend des moyens de réglage de puissance radiofréquence, pilotables par des moyens de commande 13. De même, les moyens de distribution 12a, 12b et 12c sont pilotables par des moyens de commande 13.
On prévoit des moyens de commande 13, par exemple un micro-contrôleur et des organes d'entrée/sortie, associés à un programme de commande, adaptés pour piloter les moyens de distribution à électrovannes 12a-12c et le générateur radiofréquence 7.
Les moyens de commande 13 comprennent un programme de commande 13a avec une séquence préalable d'établissement de puissance, dans laquelle : a) les moyens de commande 13 pilotent les moyens de distribution, par ouverture de 1 ' électrovanne de gaz neutre 12a, pour introduire un gaz neutre tel que l'azote N2 ou l'argon dans la chambre de réaction 1, b) les moyens de commande 13 pilotent les moyens de réglage de puissance radiofréquence du générateur radiofréquence 7 de façon à produire une énergie radiofréquence qui croît progressivement jusqu'à atteindre la puissance nominale PN, de façon à produire un plasma 24 dans la source de plasma 4 pour échauffer progressivement la paroi étanche 5 en matériau diélectrique de la source de plasma, c) puis, après échauffement suffisant de la paroi étanche 5, les moyens de commande 13 pilotent les moyens de distribution pour fermer 1 ' électrovanne de gaz neutre 12a et ouvrir une électrovanne de gaz actif 12b ou 12c. En pratique, on ouvre séquentiellement 1 ' électrovanne de gaz de gravure 12b ou 1 ' électrovanne de gaz de passivation 12c pour introduire les gaz
actifs dans la chambre de réaction 1, et les moyens de commande 13 pilotent simultanément les moyens de réglage de puissance radiofréquence du générateur radiofréquence 7 de façon à produire le plasma 24 approprié pour les étapes de gravure et de passivation.
On se référera maintenant à la figure 2, qui illustre les étapes d'un procédé de gravure selon un mode de réalisation de 1 ' invention.
Après avoir placé le substrat 16 (figure 1) dans la chambre de réaction 1, on établit dans la chambre de réaction une atmosphère d'un gaz neutre tel que l'azote N2 ou l'argon : à l'instant A, le diagramme b) indique la présence d'azote pendant une première étape allant jusqu'à l'instant B. Pendant cette étape, les moyens de pompage 9 établissent et maintiennent une pression appropriée à l'intérieur de la chambre de réaction 1, pression choisie pour l'établissement correct d'un plasma 24. On évite pendant cette étape de polariser le substrat 16, comme cela est illustré dans le diagramme e) de la figure 2 : la tension de polarisation V est absente pendant l'étape entre les instants A et B. Pendant cette même étape, on établit progressivement la puissance d'excitation de plasma, comme indiqué dans le diagramme a) de la figure 2, par exemple par une progression linéaire de puissance entre les instants A et B, jusqu'à atteindre la puissance nominale PN à l'instant B. A l'instant B, ou après un délai supplémentaire déterminé pour que soit atteint un échauffement suffisant de la paroi étanche 5, on interrompt l'introduction de gaz neutre tel que l'azote ou l'argon, comme le représente par exemple le diagramme b) qui montre la fin de présence d'azote dès l'instant B. A ce même instant B, ou après le délai supplémentaire ci- dessus, on introduit dans la chambre de réaction 1 un gaz de gravure halogène tel que SFe, et l'on maintient sa présence pendant une étape BC de durée appropriée en fonction du processus de gravure désiré. Pendant cette étape, on polarise le substrat par une tension V comme illustré sur le diagramme e) , en établissant éventuellement * la tension de polarisation avec un retard approprié par rapport à l'établissement de présence du gaz de gravure SF6. On
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remplace ensuite à l'instant C le gaz de gravure SF6 par un gaz de passivation tel que C4Fs, le diagramme c) montrant la disparition du SF6 et le diagramme d) montrant l'apparition du C4F8 et son maintien, jusqu'à un instant D. Au cours de cette étape CD, le gaz de passivation produit un dépôt de polymère sur les surfaces du substrat. On alterne ensuite des étapes de gravure et des étapes de passivation, comme illustré sur les diagrammes, en polarisant chaque fois le substrat pour attirer le plasma 24, et en maintenant la puissance d'excitation du plasma à une valeur appropriée pouvant être proche de la valeur nominale PN.
Ainsi, l'étape préalable d'établissement progressif de puissance d'excitation de plasma est entreprise seulement en début de fonctionnement de la chambre de réaction 1 après une période d'inactivité, et elle est suivie des étapes actives de gravure, par exemple d'une alternance d'étapes de gravure et d'étapes de passivation, au cours desquelles la température de la paroi étanche 5 en matériau diélectrique reste dans une plage de valeurs suffisamment étroite pour éviter tout choc thermique destructeur de la paroi étanche 5 en matériau diélectrique. Au cours de l'étape préalable d'établissement progressif de puissance d'excitation de plasma, entre les instants A et B, la pente de l'accroissement de puissance illustrée sur le diagramme a) est choisie suffisamment faible pour éviter tout risque de destruction de la paroi étanche 5 en matériau diélectrique par le plasma de gaz neutre.
Par l'utilisation d'un gaz neutre, tel que l'azote N2 ou l'argon, on évite que le plasma 24 de gaz neutre agisse sur le substrat 16 à graver, de sorte que l'on conserve une bonne qualité de gravure. De préférence, pendant cette étape on évite également de polariser le substrat 16, pour éviter un bombardement de plasma sur le substrat 16.
Grâce à l'utilisation des moyens de l'invention, on peut, sans détruire la source de plasma 4 et sa paroi étanche 5 en matériau diélectrique, établir une puissance radiofréquence supérieure à 3 000 Watts, permettant de graver à vitesse supérieure. Des essais satisfaisants ont été menés avec des
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puissances radiofrequences pouvant aller jusqu'à 5 000 Watts, au travers d'un matériau diélectrique tel que l'alumine.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de 1 ' homme du métier .
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Claims
REVENDICATIONS
1 - Procédé de gravure d'un substrat (16) par un plasma (24) inductif, dans lequel on place le substrat (16) dans une chambre de réaction (1) , on établit dans la chambre de réaction (1) une atmosphère d'un gaz approprié à pression de fonctionnement appropriée, on polarise le substrat (16) , et on excite le gaz dans la chambre de réaction (1) par une onde électromagnétique d'excitation à radiofréquence. traversant une paroi étanche (5) en matériau diélectrique pour générer un plasma (24) , procédé caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable d'établissement progressif de puissance de l'onde électromagnétique d'excitation de plasma, au cours de laquelle on injecte dans la chambre de réaction (1) un gaz neutre pour le substrat et on augmente progressivement la puissance de l'onde électromagnétique d'excitation du plasma jusqu'à atteindre la puissance nominale appropriée, formant un plasma (24) de gaz neutre qui échauffe progressivement la paroi étanche (5) en matériau diélectrique, puis on injecte le gaz actif dans la chambre de réaction (1) pour remplacer le gaz neutre et entreprendre les étapes actives de gravure par le plasma (24) de gaz actif.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'augmentation progressive de puissance d'excitation du plasma est programmée de façon à limiter en-deçà d'un seuil destructeur le choc thermique appliqué à la paroi étanche (5) en matériau diélectrique par le plasma (24) de gaz neutre.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape préalable d'établissement progressif de puissance d'excitation de plasma est entreprise seulement en début de fonctionnement de la chambre de réaction (1) après une période d'inactivité, et elle est suivie d'une alternance d'étapes actives de gravure (BC ; CD) au cours desquelles la température de la paroi étanche (5) en matériau diélectrique reste dans une plage de valeurs suffisamment étroite pour éviter tout choc thermique destructeur de la paroi étanche (5) en matériau diélectrique. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que les étapes actives de gravure comprennent une succession d'étapes de gravure (BC) par un gaz fluoré tel que
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le SF6 et d'étapes de passivation (CD) par un gaz de passivation tel que CxFy.
5 - Dispositif pour la gravure de substrats (16) par plasma inductif mettant en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une chambre de réaction (1) entourée d'une paroi étanche (2), la chambre de réaction (1) contenant des moyens supports de substrat (3) et étant en communication avec une source de plasma (4) à couplage inductif à paroi étanche (5) en matériau diélectrique et à antenne de couplage inductif (6) alimentée par un générateur radiofréquence (7) , la chambre de réaction (1) étant raccordée par une ligne de vide (8) à des moyens de pompage (9) pour établir et maintenir un vide approprié dans la chambre de réaction (1) , la chambre de réaction (1) étant raccordée par une ligne d'entrée (10) à une source de gaz de procédé (11) , caractérisé en ce que :
- la source de gaz de procédé (11) comprend une source de gaz neutre (lia) , au moins une source de gaz actif (11b, lie) , et des moyens de distribution (12a, 12b, 12c) pilotés par des moyens de commande (13) pour introduire le gaz approprié dans la chambre de réaction (1) ,
- le générateur radiofréquence (7) comprend des moyens de réglage de puissance de radiofréquence pilotés par les moyens de commande
(13),
- les moyens de commande (13) comprennent un programme de commande (13a) avec une séquence préalable d'établissement de puissance, dans laquelle : a) les moyens de commande (13) pilotent les moyens de distribution (12a, 12b, 12c) pour introduire un gaz neutre dans la chambre de réaction (1) , b) les moyens de commande (13) pilotent les moyens de réglage de puissance radiofréquence du générateur radiofréquence
(7) de façon à produire une énergie radiofréquence qui croît progressivement jusqu'à atteindre la puissance nominale (PN) , c) puis les moyens de commande (13) pilotent les moyens de distribution (12a, 12b, 12c) pour remplacer dans la chambre de réaction (1) le gaz neutre par un gaz actif.
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6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de distribution (12a, 12b, 12c) comprennent des électrovannes raccordées chacune en série entre une sortie d'une source de gaz correspondante (lia, 11b, lie) et une entrée (14) dans la source de plasma (4) .
7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une source de gaz neutre (lia) tel que l'azote (N2) ou l'argon, une source de gaz de gravure (11b) tel que le SF6, et une source de gaz de passivation (lie) tel que le C4F8.
8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la paroi étanche (5) en matériau diélectrique de la source de plasma (4) est en alumine A1203.
9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la paroi étanche (5) en matériau diélectrique de la source de plasma (4) est de forme tubulaire, et l'antenne de couplage inductif (6) est une spire coaxiale disposée autour de la paroi tubulaire.
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la paroi étanche (2) de chambre de réaction (1) comprend une portion périphérique (2a) qui se raccorde à une portion frontale d'entrée (2b) elle-même ouverte pour communiquer avec un tube d'entrée constituant la source de plasma
(4), la portion frontale d'entrée (2b) se raccordant à la paroi étanche (5) en matériau diélectrique par un joint d'étanchéité
(2c) , avec des moyens de refroidissement (2d) pour refroidir la portion frontale d'entrée (2b) et le joint d'étanchéité (2c) .
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